(57)【要約】【課題】  発光または受光波長の短波長化が可能なＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた窒化物半導体光電変換素子を提供する。【解決手段】  基板２上に、基板２側から順にｐ型、ｉ型、ｎ型の各ＧａＮ系窒化物半導体層を少なくとも含んで構成される光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜２０を備え、ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層２１がＡｌＮ組成比７％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたは同等のバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮであり、多層膜２０の一部が、ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層２１の表面が露出するまでエッチングにより除去されており、露出したｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層２１の表面上に、ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層２１より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層２４を備え、ｐ型コンタクト層２４上にｐ型電極２５を備える。【選択図】        図１
2006245163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、前記基板側から順に、ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層を少なくとも含んで構成される光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜を備え、
前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層が、ＡｌＮ組成比７％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたは同等のバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮであり、
前記多層膜の一部が、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面が露出するまでエッチングにより除去されており、
前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層を備え、
前記ｐ型コンタクト層上に、ｐ型電極を備えてなることを特徴とする窒化物半導体光電変換素子。
【請求項２】
前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層と前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層がクラッド層で、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層が活性層で、前記多層膜が発光機能を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体光電変換素子。
【請求項３】
前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層が、ＡｌＮ組成比の異なる２つのｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮの超格子構造であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体光電変換素子。
【請求項４】
前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層が吸収層で、前記多層膜がＰＩＮ接合型フォトダイオードとしての機能を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体光電変換素子。
【請求項５】
前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層を備え、
前記ｎ型コンタクト層の一部に開口部が設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化物半導体光電変換素子。
【請求項６】
前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層を備え、
前記ｎ型コンタクト層の膜厚が５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化物半導体光電変換素子。
【請求項７】
光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜を備えた窒化物半導体光電変換素子の製造方法であって、
基板上に前記多層膜として、前記基板側から順に、ＡｌＮ組成比７％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたは同等のバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、及び、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層を少なくとも成膜する成膜工程と、
前記多層膜の一部を、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面が露出するまでエッチング除去して、前記基板に垂直な断面においてメサ状に加工するメサ加工工程と、
前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層を選択的に再成長により成膜する再成長工程と、
前記ｐ型コンタクト層上にｐ型電極を形成するｐ型電極形成工程と、
を有することを特徴とする窒化物半導体光電変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記メサ加工工程において、反応性イオンエッチングまたは高周波誘導プラズマにより前記エッチング除去を行い、
前記再成長工程において、前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、誘電体膜を形成し、前記誘電体膜の一部を開口し、前記誘電体膜の開口部から前記ｐ型コンタクト層を選択的に再成長させ、前記誘電体膜を除去することを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体光電変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記再成長工程において、前記ｐ型コンタクト層としてＡｌを含まないｐ型ＧａＮまたはｐ型ＧａＩｎＮを再成長させることを特徴とする請求項７または８に記載の窒化物半導体光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記再成長工程において、前記ｐ型コンタクト層としてＡｌを含むｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮを、前記誘電体膜より薄い膜厚で再成長させ、前記誘電体膜をその上に成長したＡｌを含むｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮとともにリフトオフにより除去することを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体光電変換素子の製造方法。
【請求項１１】
前記ｐ型電極形成工程において、前記ｐ型コンタクト層上にＮｉまたはＮｉとＰｄを蒸着し、最上層にＡｕを蒸着して、少なくともＮｉとＡｕを含む金属多層膜を形成することを特徴とする請求項７〜１０の何れか１項に記載の窒化物半導体光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜を備えた窒化物半導体光電変換素子及びその製造方法に関し、より具体的には、窒化物半導体光電変換素子のｐ型電極の形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系化合物半導体（一般式：ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ）は直接遷移型のエネルギバンド構造を有し、そのバンドギャップエネルギが室温で１．９ｅＶ〜６．２ｅＶに及ぶワイドバンドギャップであるため、紫外域から可視光域をカバーする発光ダイオード、レーザダイオード、及び、紫外線センサ等の受光素子として広範な応用が可能である。
【０００３】
従来、ＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子や受光素子では、図７及び図８に示すように、各層の導電型が基板側からＮＩＰの順番に形成されているものが一般的であった（例えば、下記特許文献１、特許文献２及び非特許文献１等に開示されている発光ダイオード等）。発光ダイオードの場合、図７に示すように、ＧａＮ活性層５３の上に直接或いはｐ型電子バリア層５４を介してｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５５とｐ型ＧａＮコンタクト層５６が順次積層され、ｐ型ＧａＮコンタクト５６層の上にｐ型ＧａＮコンタクト層５６とオーミック接触するｐ型電極５７が形成されている。そして、活性層においてそのバンドギャップエネルギに対応する波長で発光した光は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５５とｐ型ＧａＮコンタクト層５６を通過して外部に出射する。ここで、ｐ型電極５７は、発光波長に対して透明電極となる材料を用いるか、或いは、出射光を部分的に透過可能なようにメッシュ状電極に加工される。ＰＩＮ接合構造の紫外線域に主たる感度特性を有するフォトダイオード（受光素子）でも同様であり、図８に示すように、ｉ型ＡｌＧａＮの吸収層６２上にｐ型ＡｌＧａＮ層６３とｐ型ＧａＮコンタクト層６４が順次積層され、ｐ型ＧａＮコンタクト層６４の上にｐ型ＧａＮコンタクト層６４とオーミック接触するｐ型電極６５が形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮ層６３とｐ型ＧａＮコンタクト層６４を通過して外部から吸収層６２へ光が入射する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−６９７０号公報
【特許文献２】特開２００３−５１６１３号公報
【非特許文献１】Ｓ．  Ｋａｍｉｙａｍａ，他，”ＵＶ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  ｏｎ  Ｈｅｔｅｒｏ−ＥＬＯ−Ｇｒｏｗｎ  Ａｌ０．２２Ｇａ０．７８Ｎ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ  Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ  Ｄｅｎｓｉｔｙ”，ｐｈｙｓｉｃａ  ｓｔａｔｕｓ  ｓｏｌｉｄｉ（ａ）  １９２，  Ｎｏ．２，２９６−３００，２００２年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
各層の導電型が基板側からＮＩＰの順番に形成されたＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子や受光素子では、ｐ型コンタクト層側から光の入射或いは出射を行うため、ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギが活性層または吸収層より低いと、ｐ型コンタクト層で入射光または出射光の吸収が生じるため、ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギを活性層または吸収層と同等またはそれ以上にする必要が生じるが、ｐ型コンタクト層のＡｌＮ組成比（モル分率）が１０％を超えるとｐ型電極金属との間で良好なオーミック接触ができないという問題が生じる。つまり、活性層または吸収層のバンドギャップエネルギ、即ちＡｌＮ組成比をあまり高く設定できないことになり、短波長の発光または受光が不可能になる。
【０００６】
そこで、ｐ型コンタクト層のバンドギャップエネルギを活性層または吸収層より低くしてＡｌＮ組成比を１０％以下に抑え、ｐ型コンタクト層での入射光または出射光の吸収の程度を抑制するために膜厚を薄くすることが考えられる。しかし、ｐ型コンタクト層の膜厚を薄くすると、ｐ型コンタクト層が高抵抗化するため、その下層側のｐ型ＡｌＧａＮ層を低抵抗化する必要が生じるが、発光素子の場合は、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成比は活性層より７％以上高くする必要があり、受光素子の場合でも、吸収層と同等以上が必要であり、短波長の発光または受光においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層のＡｌＮ組成比は発光または受光波長に応じて高く設定する必要が生じる。ｐ型ＡｌＧａＮ層では、ＡｌＮ組成比が高くなるにつれてアクセプタ準位が深くなり、一般にアクセプタ準位が深くなると同じ不純物濃度でも正孔キャリア密度が低くなるため、例えば、ｐ型不純物としてＭｇを使用した場合にＡｌＮ組成比が２０％以上のＧａＮ系窒化物半導体では、十分なｐ型活性化（低抵抗化）が困難になる。特に、発光素子では、ＰＩＮ型接合間に電流を流して発光現象を励起することから、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型コンタクト層の高抵抗化により発熱の問題が生じる。
【０００７】
以上の説明より、各層の導電型が基板側からＮＩＰの順番に形成されたＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子や受光素子では、活性層または吸収層のバンドギャップエネルギをＧａＮのバンドギャップエネルギよりあまり大きくできず、短波長の発光または受光が困難な状況にある。そこで、同じＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子や受光素子でも、各層の導電型を基板側からＰＩＮの順番に形成することが考えられる。しかしながら、例えば発光ダイオードの場合、ｐ型コンタクト層とｐ型クラッド層を活性層より下層側に予め形成しておき、ＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を全て積層した後に、多層膜の一部をｐ型コンタクト層が露出するまでエッチング除去する必要が生じるが、ｐ型コンタクト層をエッチングせずにｐ型クラッド層だけを選択的にエッチング除去するため、当該エッチングの制御が極めて困難となる。更に、発光または受光波長の短波長化を図ろうとすると、ｐ型コンタクト層とその上層のｐ型ＡｌＧａＮ層との間のＡｌＮ組成比に大きな差が生じ、その差が格子定数の差となり、格子不整合の問題が生じる。つまり、活性層や吸収層を成長させる下地に格子不整合によるクラックが生じて、良好な結晶品質の活性層や吸収層ができなくなる。従って、各層の導電型を基板側からＰＩＮの順番に形成されたＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子や受光素子においても、活性層または吸収層のバンドギャップエネルギをＧａＮのバンドギャップエネルギよりあまり大きくできず、発光または受光波長の短波長化が困難な状況にある。
【０００８】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光または受光波長の短波長化が可能なＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた窒化物半導体光電変換素子を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、基板上に、前記基板側から順に、ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層を少なくとも含んで構成される光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜を備え、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層が、ＡｌＮ組成比７％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたは同等のバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮであり、前記多層膜の一部が、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面が露出するまでエッチングにより除去されており、前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層を備え、前記ｐ型コンタクト層上に、ｐ型電極を備えてなることを第１の特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、上記第１の特徴に加えて、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層と前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層がクラッド層で、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層が活性層で、前記多層膜が発光機能を有することを第２の特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、上記第２の特徴に加えて、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層が、ＡｌＮ組成比の異なる２つのｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮの超格子構造であることを第３の特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、上記第１の特徴に加えて、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層が吸収層で、前記多層膜がＰＩＮ接合型フォトダイオードとしての機能を有することを第４の特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、上記第１乃至第４の何れかの特徴に加えて、前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層を備え、前記ｎ型コンタクト層の一部に開口部が設けられていることを第５の特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子は、上記第１乃至第４の何れかの特徴に加えて、前記ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に、前記ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｎ型コンタクト層を備え、前記ｎ型コンタクト層の膜厚が５０ｎｍ以下であることを第６の特徴とする。
【００１５】
上記各特徴の窒化物半導体光電変換素子によれば、ＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜が、各層の導電型を基板側からＰＩＮの順番に形成されているため、出射光や入射光がｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層側を通過することがないため、ｐ型コンタクト層を設けた場合の光の吸収に関連する問題点が全て解消される。更に、ｐ型コンタクト層が、再成長により形成されるため、ｐ型コンタクト層を予め多層膜中に埋め込んで成膜した場合に生じる格子不整合やエッチングの問題が解消される。従って、上記各特徴の窒化物半導体光電変換素子によれば、良好なオーミック接触可能なｐ型電極を有しつつ発光または受光波長の短波長化が可能な窒化物半導体光電変換素子を実現できる。
【００１６】
特に、上記第５または第６の特徴の窒化物半導体光電変換素子によれば、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層のバンドギャップエネルギを高く設定して受光または発光波長の短波長化を図る場合において、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層のバンドギャップエネルギを更に高くするためにＡｌＮ組成比が高くなり、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層が高抵抗化しても、ＡｌＮ組成比の低いｎ型コンタクト層が低抵抗であるため、ｎ型コンタクト層を含むｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層全体として低抵抗化が図れる。しかし、ｎ型コンタクト層のバンドギャップエネルギがｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いため、ｎ型コンタクト層で入射光または出射光の吸収が生じるが、ｎ型コンタクト層に開口部を設けること、或いは、膜厚を薄くすることで、当該吸収を抑制することができる。結果として、受光または発光波長の短波長化が可能となる。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法は、光電変換機能を有する一般式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮで表されるＧａＮ系窒化物半導体の多層膜を備えた窒化物半導体光電変換素子の製造方法であって、基板上に前記多層膜として、前記基板側から順に、ＡｌＮ組成比７％以上のｐ型ＡｌＧａＮまたは同等のバンドギャップエネルギを有するｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、及び、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層を少なくとも成膜する成膜工程と、前記多層膜の一部を、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面が露出するまでエッチング除去して、前記基板に垂直な断面においてメサ状に加工するメサ加工工程と、前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層より低いバンドギャップエネルギのＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層を選択的に再成長により成膜する再成長工程と、前記ｐ型コンタクト層上にｐ型電極を形成するｐ型電極形成工程と、を有することを第１の特徴とする。
【００１８】
更に、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法は、上記第１の特徴に加えて、前記メサ加工工程において、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）または高周波誘導プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）等のドライエッチングにより前記エッチング除去を行い、前記再成長工程において、前記露出した前記ｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層の表面上に、誘電体膜を形成し、前記誘電体膜の一部を開口し、前記誘電体膜の開口部から前記ｐ型コンタクト層を選択的に再成長させ、前記誘電体膜を除去することを第２の特徴とする。
【００１９】
更に、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法は、上記第１または第２の特徴に加えて、前記再成長工程において、前記ｐ型コンタクト層としてＡｌを含まないｐ型ＧａＮまたはｐ型ＧａＩｎＮを再成長させることを第３の特徴とする。
【００２０】
更に、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法は、上記第２の特徴に加えて、前記再成長工程において、前記ｐ型コンタクト層としてＡｌを含むｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮを、前記誘電体膜より薄い膜厚で再成長させ、前記誘電体膜をその上に成長したＡｌを含むｐ型ＡｌＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＩｎＮとともにリフトオフにより除去することを第４の特徴とする。
【００２１】
更に、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記ｐ型電極形成工程において、前記ｐ型コンタクト層上にＮｉまたはＮｉとＰｄを蒸着し、最上層にＡｕを蒸着して、少なくともＮｉとＡｕを含む金属多層膜を形成することを第５の特徴とする。
【００２２】
上記各特徴の窒化物半導体光電変換素子の製造方法によれば、ＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜が、各層の導電型を基板側からＰＩＮの順番に形成されているため、出射光や入射光がｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層側を通過することがないため、ｐ型コンタクト層を設けた場合の光の吸収に関連する問題点が全て解消される。更に、ｐ型コンタクト層が、再成長により形成されるため、ｐ型コンタクト層を予め多層膜中に埋め込んで成膜した場合に生じる格子不整合やエッチングの問題が解消される。従って、上記各特徴の窒化物半導体光電変換素子によれば、良好なオーミック接触可能なｐ型電極を有しつつ発光または受光波長の短波長化が可能な窒化物半導体光電変換素子を実現できる。
【００２３】
また、上記第２の特徴の窒化物半導体光電変換素子の製造方法によれば、誘電体膜の開口部を露出したｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に設けることによりｐ型電極を形成できる。
【００２４】
更に、ｐ型コンタクト層にＡｌが含まれると、ＳｉＯ２やＳｉＮ等の誘電体膜中のＳｉとＡｌの反応により、誘電体膜上にもｐ型コンタクト層が形成されるため、上記第３の特徴の窒化物半導体光電変換素子の製造方法によれば、誘電体膜の開口部にのみ選択的にｐ型コンタクト層を再成長させることができる。
【００２５】
更に、上記第４の特徴の窒化物半導体光電変換素子の製造方法によれば、ｐ型コンタクト層にＡｌが含まれためＳｉＯ２やＳｉＮ等の誘電体膜中のＳｉとＡｌの反応により、誘電体膜上にもｐ型コンタクト層が形成されるが、誘電体膜上に成長したｐ型コンタクト層の膜厚が薄いため、誘電体膜をリフトオフにより除去することで、誘電体膜上のｐ型コンタクト層が同時に除去され、誘電体膜の開口部のｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層上に形成されたｐ型コンタクト層だけが残り、その上にｐ型電極を形成できる。
【００２６】
更に、上記第５の特徴の窒化物半導体光電変換素子の製造方法によれば、ＧａＮ系窒化物半導体からなるｐ型コンタクト層に対してオーミック接触する良好なｐ型電極を形成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明に係る窒化物半導体光電変換素子とその製造方法（以下、適宜「本発明素子」及び「本発明方法」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
〈第１実施形態〉
図１に、本発明方法を用いて作製される本発明素子１の断面構造を示す。本実施形態における本発明素子１は、紫外線域に主たる受光感度を有する受光素子として作製される。以下、本発明素子１の構成及び作製過程について説明する。
【００２９】
本発明素子１は、単結晶基板２上に、ヘテロＥＬＯを用いて貫通転位密度を低減した下地半導体層１０を積層し、引き続き、その下地半導体層１０上に受光デバイス層２０（光電変換機能を有する多層膜）を積層して形成される。
【００３０】
図１及び図２に示すように、下地半導体層１０は、ＺｒＢ２基板または（０００１）サファイア基板等の単結晶基板２上に、４００℃〜８００℃の温度範囲内（例えば、６１５℃）の低温でＡｌＮの低温堆積バッファ層１１と、約１０００℃でＡｌＧａＮの第１半導体層１２が、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、トリメチルガリウム（Ｇａ源）、アンモニア（窒素源）などの各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法（有機金属化合物気相成長法）を用いて順次形成される（図２（Ａ））。
【００３１】
引き続き、第１半導体層１２の表面に周期的ストライプ状の凹凸加工を施す（図２（Ｂ））。具体的には、４μｍ幅の凹部（窪み）１２ａと２μｍ幅の凸部１２ｂの周期的ストライプ状になるように、深さが２μｍの凹部１２ａをドライエッチング加工する。
【００３２】
引き続き、かかる凹凸加工を施した第１半導体層１２上に、周期的ストライプ（凹凸部１２ａ，１２ｂ）のエッジ部分に沿った、即ち、ストライプの長手方向と平行に延伸する傾斜面を有する垂直断面形状が山形状のシード結晶層１３が形成される（図２（Ｃ））。具体的には、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、トリメチルガリウム（Ｇａ源）、アンモニア（窒素源）等の各原料ガスを使用し、更に、横方向成長加速剤としてＭｇ（マグネシウム）を供給すべく、元素濃度１０１９ｃｍ−３以上となる流量で（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルジエチルマグネシウム）ガスを流しながら、ＭＯＣＶＤ法で、主として凸部１２ｂの上部からＡｌＧａＮの選択成長（ＥＬＯ成長）を９００℃〜１１００℃の温度範囲内（例えば、約１０５０℃）で行い、ＡｌＮ組成比２０％のＡｌＧａＮのシード結晶層１３が形成される（図２（Ｃ））。ここで、シード結晶層１３はＧａＮを主とするシード結晶層であっても構わない。この場合は、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）は供給されない。
【００３３】
引き続き、シード結晶層１３上に、４００℃〜９００℃の温度範囲内（例えば、６１５℃）の低温で、膜厚２０ｎｍのＡｌＮの低温堆積バッファ層１４が、トリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、アンモニア（窒素源）等の各原料ガスを使用したＭＯＣＶＤ法を用いて形成される（図２（Ｄ））。
【００３４】
引き続き、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、更に、横方向成長加速剤としてＭｇ（マグネシウム）を供給すべく、元素濃度１０１９ｃｍ−３以上（例えば１０２０ｃｍ−３）となる流量で（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルジエチルマグネシウム）ガスを流しながらＭＯＣＶＤ法で、低温堆積バッファ層１４上に、ＡｌＧａＮ層１５が約１０５０℃以上（例えば、１１５０℃）の成長温度で形成される（図２（Ｅ））。ＡｌＧａＮ層１５の膜厚は約１０μｍで、ＡｌＮ組成比３０％が実現できる。本実施形態では、Ｍｇを供給しながらＡｌＧａＮ層１５を成長させるので、横方向（ａ軸方向）の成長が加速されるため、高ＡｌＮ組成比とＡｌＧａＮ層１５の平坦化時間の短縮が同時に実現できる。尚、本実施形態では、ＡｌＧａＮ層１５は、Ｍｇがｐ型不純物としてドープされるためｐ型ＡｌＧａＮ層として形成される。また、ＡｌＧａＮ層１５を高ＡｌＮ組成比にすることで、受光デバイス層２０との間の格子不整合を緩和できる。
【００３５】
上記要領で形成された下地半導体層１０では、シード結晶層１３を貫通する転位が横方向に成長して、ＡｌＧａＮ層１５内のシード結晶層１３の頂点間の中央付近に集中して貫通転位密度が低減される。
【００３６】
図１に示すように、低転位化された下地半導体層１０の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ層２１、ｉ型ＡｌＧａＮ吸収層２２、及び、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３を順次積層して受光デバイス層２０を形成する。下地半導体層１０の低転位化により、その上に成長される受光デバイス層２０の結晶品質を良好なものとすることができる。
【００３７】
ｐ型ＡｌＧａＮ層２１は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ＡｌＮ組成比７％以上（例えば、２５％）のｐ型ＡｌＧａＮ層がＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。ｐ型不純物のドーピングは、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５と同じ要領で行われる。
【００３８】
ｐ型ＡｌＧａＮ層２１の形成後、デバイスを一旦、反応室から取り出し、反応装置の配管内壁等に残留しているＭｇを除去するためガス供給配管に水素を流しベーキングを行うクリーニング処理を実行する。引き続き、ＡｌＮ組成比３０％のｉ型ＡｌＧａＮ吸収層２２が、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。
【００３９】
ｎ型ＡｌＧａＮ層２３は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ｎ型不純物の原料ガスとして、ＳｉＨ４（モノシラン）ガスを流しながら、Ｓｉ（シリコン）を注入（ドープ）したｎ型ＡｌＧａＮ層２３を成長させる。ここで、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３は、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３の上部から入射する検出対象波長の入射光を受光領域のｉ型ＡｌＧａＮ吸収層２２まで吸収されずに到達させるために、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２のＡｌＮ組成比より大きなＡｌＮ組成比に設定される。ｎ型ＡｌＧａＮの場合は、ｐ型ＡｌＧａＮと異なり、ＡｌＮ組成比が高くても十分な低抵抗化が図れる。以上が、本発明方法の成膜工程である。
【００４０】
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上記成膜工程において、受光デバイス層２０が基板全面に積層形成された後、ｐ型ＡｌＧａＮ層２１が部分的に露出するように受光デバイス層２０の一部を反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）または高周波誘導プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）等のドライエッチングによりエッチング除去して、基板２に対して垂直な断面においてメサ状に加工する（メサ加工工程）。
【００４１】
次に、図３（Ｃ）に示すように、基板全面にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の誘電体膜３０を、例えば反応性スパッタリングにより堆積する。引き続き、図３（Ｄ）に示すように、堆積した誘電体膜３０の露出したｐ型ＡｌＧａＮ層２１上に位置する一部をエッチング除去して開口部３１を形成する。引き続き、図３（Ｅ）に示すように、Ａｌを含まないｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２４を、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、更に、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３以上となる流量で（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルジエチルマグネシウム）ガスを供給して、誘電体膜３０の開口部３１から選択的に、ＭＯＣＶＤ法により再成長させる。図３（Ｆ）に示すように、ｐ型コンタクト層２４の成長後に、誘電体膜３０をリフトオフにより除去する。以上が、本発明方法の再成長工程である。
【００４２】
引き続き、図３（Ｇ）に示すように、ｐ型コンタクト層２４上に、ｐ型電極２５が形成され（ｐ型電極形成工程）、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３上にはｎ型電極２６が形成される（ｎ型電極形成工程）。尚、ｐ型電極２５及びｎ型電極２６は、夫々ｐ型コンタクト層２４及びｎ型ＡｌＧａＮ層２３との間の電気的接合がオーミックなものとなるオーミック電極である。ここで、ｐ型電極２５及びｎ型電極２６は、夫々の極性に応じてＡｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ等の公知の材料を公知の方法で作製すればよい。例えば、ｐ型電極２５として、第１層にＮｉ（ニッケル）、第２層にＡｕ（金）を夫々１０ｎｍと１００ｎｍの膜厚で電子ビーム蒸着し、所定の平面形状にパターニングする。また、ｎ型電極２６として、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜を２０ｎｍ／１００ｎｍ／１０ｎｍ／１００ｎｍの膜厚で電子ビーム蒸着し、所定の平面形状にパターニングする。尚、ｎ型電極２６は、ｎ型電極２６を通して入射光を受光デバイス層２０へ導く必要があるため、光を透過させるために、メッシュ状または受光領域へ光を透過させる他の形状または素材で形成される。
【００４３】
図１に示した本発明素子１に対して外部から光が照射された場合、その光はメッシュ状のｎ型電極２６とｎ型ＡｌＧａＮ層２３とを透過して受光領域であるｉ型ＡｌＧａＮ吸収層２２に入射して吸収され、光キャリアが発生する。ｐ型電極２５及びｎ型電極２６の間には所定の逆バイアス電界が印加されており、発生された光キャリアは光電流として外部に出力される。本実施形態では、受光デバイス層２０が、低転位化された下地半導体層１０上に形成されているため、欠陥準位等によって形成されるバンドギャップエネルギ内の再結合準位が抑制され、カットオフ波長での急峻な感度特性、カットオフ波長の長波長側での不要感度の抑制、低暗電流等の優れた電気的特性が実現できる。
【００４４】
受光デバイス層２０を構成する各ＡｌxＧａ1-xＮ層（０≦ｘ≦１）のバンドギャップエネルギはＡｌＮ組成比ｘを変えることで調整され、ＡｌＮ組成比ｘとバンドギャップエネルギとは図４に示すような関係で示される。図４から読み取れるように、ＡｌＮ組成比ｘを変えることで、ＡｌxＧａ1-xＮのバンドギャップエネルギを３．４２ｅＶから６．２ｅＶにまで調整することができる。従って、ｉ型ＡｌＧａＮ層２２で吸収可能な光の波長範囲（感度域）の長波長端は約３６０ｎｍ〜約２００ｎｍの間で調整可能である。
【００４５】
〈第２実施形態〉
図５に、本発明方法を用いて作製される本発明素子３の断面構造を示す。本実施形態における本発明素子３は発光素子（発光ダイオード）として作製される。以下、本発明素子３の構成及び作製過程について説明する。
【００４６】
本発明素子３は、単結晶基板２上に、ヘテロＥＬＯを用いて貫通転位密度を低減した下地半導体層１０を積層し、引き続き、その下地半導体層１０上に発光デバイス層４０（光電変換機能を有する多層膜）を積層して形成される。単結晶基板２及び下地半導体層１０は第１実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００４７】
図５に示すように、低転位化された下地半導体層部１０上に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１、ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３、ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４、及び、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５を順次積層して発光デバイス層４０を形成する。下地半導体層１０の低転位化により、その上に成長される発光デバイス層４０の結晶品質を良好なものとすることができる。
【００４８】
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料としてトリメチルアルミニウム（Ａｌ源）、トリメチルガリウム（Ｇａ源）、アンモニア（窒素源）等の各原料ガスを使用し、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。ｐ型不純物のドーピングは、ｐ型ＡｌＧａＮ層１５（第１実施形態参照）と同じ要領で、（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルジエチルマグネシウム）ガスを供給して行われる。本実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１のＡｌＮ組成比は、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３のＡｌＮ組成比より高い７％以上、例えば、２５％とする。
【００４９】
引き続き、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１の上に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２を形成する。本実施形態では、ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２のＡｌＮ組成比を、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１より高い４０％とする。ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１と同じ要領で形成される。ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２の形成後、デバイスを一旦、反応室から取り出し、反応装置の配管内壁等に残留しているＭｇを除去するためガス供給配管に水素を流しベーキングを行うクリーニング処理を実行する。
【００５０】
ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４２の上に、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３を形成する。ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３は、例えば、ＡｌＮ組成比１５％と２５％のｉ型ＡｌＧａＮ層を交互に６〜８層繰り返し積層した多重量子井戸として形成される。各ｉ型ＡｌＧａＮ層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ＭＯＣＶＤ法を用いて形成される。
【００５１】
次に、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３上に、ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４を形成する。ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４は、Ａｌ、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、ｎ型不純物の原料ガスとして、ＳｉＨ４ガスを流しながら、Ｓｉを注入したｎ型ＡｌＧａＮ層を成長させる。本実施形態では、ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４のＡｌＮ組成比を、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５より高い４０％とする。
【００５２】
引き続き、ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４の上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５を形成する。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５は、ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層４４と同じ要領で形成される。本実施形態では、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５のＡｌＮ組成比を、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３より高い２５％とする。以上が、本発明方法の成膜工程である。
【００５３】
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、上記成膜工程において、発光デバイス層４０が基板全面に積層形成された後、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１が部分的に露出するように発光デバイス層４０の一部を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）または高周波誘導プラズマ（ＩＣＰ）等のドライエッチングによりエッチング除去して、基板２に対して垂直な断面においてメサ状に加工する（メサ加工工程）。
【００５４】
次に、図６（Ｃ）に示すように、第１実施形態と同じ再成長工程によりｐ型コンタクト層４６を形成する。具体的には、基板全面にＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４等の誘電体膜３０を、例えば反応性スパッタリングにより堆積する。引き続き、図６（Ｄ）に示すように、堆積した誘電体膜３０の露出したｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１上に位置する一部をエッチング除去して開口部３１を形成する。引き続き、図６（Ｅ）に示すように、Ａｌを含まないｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層４６を、Ｇａ、Ｎの原料として上記の各原料ガスを使用し、更に、キャリア濃度５×１０１７ｃｍ−３以上となる流量で（ＥｔＣｐ）２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルジエチルマグネシウム）ガスを供給して、誘電体膜３０の開口部３１から選択的に、ＭＯＣＶＤ法により再成長させる。図６（Ｆ）に示すように、ｐ型コンタクト層４６の成長後に、誘電体膜３０をリフトオフにより除去する。以上が、本発明方法の再成長工程である。
【００５５】
引き続き、図６（Ｇ）に示すように、ｐ型コンタクト層４６上に、ｐ型電極４７が形成され（ｐ型電極形成工程）、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５上にはｎ型電極４８が形成される（ｎ型電極形成工程）。尚、ｐ型電極４７及びｎ型電極４８は、夫々ｐ型コンタクト層４６及びｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５との間の電気的接合がオーミックなものとなるオーミック電極である。ここで、ｐ型電極４７及びｎ型電極４８は、夫々の極性に応じてＡｌ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ等の公知の材料を公知の方法で作製すればよい。例えば、ｐ型電極４７として、第１層にＮｉ（ニッケル）、第２層にＡｕ（金）を夫々１０ｎｍと１００ｎｍの膜厚で電子ビーム蒸着し、所定の平面形状にパターニングする。また、ｎ型電極４８として、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕの多層膜を２０ｎｍ／１００ｎｍ／１０ｎｍ／１００ｎｍの膜厚で電子ビーム蒸着し、所定の平面形状にパターニングする。
【００５６】
上記要領で作製された本発明素子３において、ｐ型電極４７とｎ型電極４８の間に電圧を印加して電流を流すことにより、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３に電子及び正孔が注入され、ｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３のＡｌＮ組成比で決定されるバンドギャップエネルギに相当する波長の光が放出される。本実施形態では、発光デバイス層４０が、低転位化された下地半導体層部１０上に形成されているため、非発光再結合が抑制され高い量子効率が得られる。
【００５７】
以下に、別の実施形態につき説明する。
【００５８】
〈１〉上記各実施形態では、ｐ型コンタクト層２４，４６を再成長するに当たり、Ａｌを含まないｐ型ＧａＮを誘電体膜３０の開口部３１から選択的に成長させたが、ｐ型ＡｌＧａＮ層２１またはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１よりＡｌＮ組成比の低い、例えば、７％未満のｐ型ＡｌＧａＮを成長させても構わない。この場合、ｐ型コンタクト層２４，４６は、誘電体膜３０の表面にも成長する。そこで、ｐ型コンタクト層２４，４６の膜厚を誘電体膜３０の膜厚より薄く成膜することにより、誘電体膜３０をリフトオフにより除去する際に、その上に成長した余分なｐ型コンタクト層２４，４６を同時に除去することができる。
【００５９】
〈２〉上記各実施形態では、本発明素子１の受光デバイス層２０、及び、本発明素子３の発光デバイス層４０に用いるｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層として、ＡｌＧａＮまたはＧａＮを成長させる場合を説明したが、更に、Ｉｎを含むＡｌＧａＩｎＮまたはＧａＩｎＮを成長させても構わない。Ｉｎを含めることにより、バンドギャップエネルギ及び格子定数が変化するが、同じバンドギャップエネルギとなるようにＡｌＮ組成比を調整すればよい。
【００６０】
〈３〉上記各実施形態では、本発明素子１の受光デバイス層２０、及び、本発明素子３の発光デバイス層４０に用いるｐ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｉ型ＧａＮ系窒化物半導体層、ｎ型ＧａＮ系窒化物半導体層を、一部をバルク単結晶、他の一部を超格子構造多層膜（多重量子井戸構造）で構成したが、バルク単結晶で構成したＧａＮ系窒化物半導体層を超格子構造多層膜で構成し、超格子構造多層膜で構成したＧａＮ系窒化物半導体層をバルク単結晶で構成しても構わない。
【００６１】
例えば、発光デバイス層４０のｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１を、ＡｌＮ組成比の異なる２つのｐ型ＡｌＧａＮ（例えば、ｐ型ＡｌＮとｐ型ＧａＮ）の超格子構造多層膜として構成しても構わない。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１のＡｌＮ組成比は、ｐ型ＡｌＮとｐ型ＧａＮの膜厚比により調整できる。
【００６２】
〈４〉上記第１実施形態では、ｎ型電極２５がｎ型ＡｌＧａＮ層２３上に直接形成される場合を説明したが、ｎ型ＡｌＧａＮ層２３上にｉ型ＡｌＧａＮ吸収層２２よりバンドギャップエネルギの低い低抵抗のｎ型ＡｌＧａＮまたはｎ型ＧａＮのｎ型コンタクト層を成長させ、その上の一部または全部にｎ型電極２５を形成するようにしてもよい。この場合、ｎ型コンタクト層の膜厚を５０ｎｍ以下にするか、メッシュ状に開口部を設けて、ｎ型コンタクト層での入射光の吸収損失を低減する。
【００６３】
同様に、上記第２実施形態では、ｎ型電極４８がｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５上に直接形成される場合を説明したが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４５上にｉ型ＡｌＧａＮ活性層４３よりバンドギャップエネルギの低い低抵抗のｎ型ＡｌＧａＮまたはｎ型ＧａＮのｎ型コンタクト層を成長させ、その上の一部または全部にｎ型電極４８を形成するようにしてもよい。この場合、ｎ型コンタクト層の膜厚を５０ｎｍ以下にするか、メッシュ状に開口部を設けて、ｎ型コンタクト層での出射光の吸収損失を低減する。
【００６４】
〈５〉本発明素子１，３の下地半導体層１０は、必ずしも上記各実施形態に例示した結晶改善層と同様の構造に限定されない。また、下地半導体層１０を成長させる単結晶基板２として、ＺｒＢ２基板または（０００１）サファイア基板の使用を想定したが、基板２はこれらに限定されるものではなく、他の面方位のサファイア基板、或いは、ＳｉＣ、Ｓｉ等の他の単結晶基板を用いても構わない。
【００６５】
〈６〉上記各実施形態において例示した、各層の膜厚、成長温度、使用原料、材料、ＡｌＮ組成比は、あくまでも一例であり、本発明の技術思想の範囲内において適宜変更可能である。また、各ＧａＮ系窒化物半導体層は、ＭＯＣＶＤ法を用いたが、一部または全部を他の成膜方法を用いて形成しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る窒化物半導体光電変換素子及びその製造方法は、受光素子や発光素子及びその製造方法に応用できる。特に、本発明は受光素子や発光素子の受光または発光波長の短波長化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の第１実施形態における概略構造を模式的に示す素子断面図
【図２】本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の下地半導体層の作製過程を示す素子断面図
【図３】本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法による第１実施形態の窒化物半導体光電変換素子のｐ型コンタクト層及びｐ型電極の作製過程を示す素子断面図
【図４】ＡｌＧａＮのバンドギャップエネルギはＡｌＮ組成比の関係を示すグラフ
【図５】本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の第２実施形態における概略構造を模式的に示す素子断面図
【図６】本発明に係る窒化物半導体光電変換素子の製造方法による第２実施形態の窒化物半導体光電変換素子のｐ型コンタクト層及びｐ型電極の作製過程を示す素子断面図
【図７】従来のＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた発光素子の概略構造を模式的に示す素子断面図
【図８】従来のＰＩＮ接合構造のＧａＮ系窒化物半導体多層膜を備えた受光素子の概略構造を模式的に示す素子断面図
【符号の説明】
【００６８】
１：          本発明に係る窒化物半導体光電変換素子（受光素子）
２：          単結晶基板
３：          本発明に係る窒化物半導体光電変換素子（発光素子）
１０：        下地半導体層（結晶改善層）
１１：        低温堆積バッファ層
１２：        第１半導体層
１２ａ：      第１半導体層表面の凹部
１２ｂ：      第１半導体層表面の凸部
１３：        シード結晶層
１４：        低温堆積バッファ層
１５：        ＡｌＧａＮ層（下地半導体層）
２０：        受光デバイス層
２１：        ｐ型ＡｌＧａＮ層
２２：        ｉ型ＡｌＧａＮ吸収層
２３：        ｎ型ＡｌＧａＮ層
２４，４６：  ｐ型コンタクト層
２５，４７：  ｐ型電極
２６，４８：  ｎ型電極
３０：        誘電体膜
３１：        開口部
４０：        発光デバイス層
４１：        ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
４２：        ｐ型ＡｌＧａＮ電子バリア層
４３：        ｉ型ＡｌＧａＮ活性層
４４：        ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層
４５：        ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５０：        下地半導体層（結晶改善層）
５１：        ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５２：        ｎ型ＡｌＧａＮ電子バリア層
５３：        ＧａＮ活性層
５４：        ｐ型電子バリア層
５５：        ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
５６，６４：  ｐ型ＧａＮコンタクト層
５７，６５：  ｐ型電極
５８，６６：  ｎ型電極
６１：        ｎ型ＡｌＧａＮ層
６２：        ｉ型ＡｌＧａＮ吸収層
６３：        ｐ型ＡｌＧａＮ層
【図１】
2006245163.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006245163.tif 000005
【図４】
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【図５】
2006245163.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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